CN113567719A - 一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断方法及系统，包括：根据目标谐波阶数对待测用电节点的电流进行滤波，对滤波后的电流经模数转换后得到电流数字信号；对电流数字信号进行快速傅里叶变换分析后，得到谐波阶数对应的幅值；将电流数字信号进行数模转换后，根据电流模拟信号得到电流波形；根据待测用电节点电流的谐波阶数对应的幅值和电流波形与参考电流的比较，得到窃电行为判断结果。通过获取节点电流，对节点电流的谐波和波形进行分析后，判断电流是否异常，从而判断节点处是否存在窃电行为，判断结果准确，且可定位窃电位置，实现对电流进行操作的窃电行为的判断。
Description
技术领域
本发明涉及电能鉴定技术领域，特别是涉及一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
目前的智能防窃电技术中，针对电表内的防窃电技术主要能够实现外界对电表进行攻击时的检测；针对电表外的防窃电技术是将各分表采集的电量之和与总表采集的电量相比较，将总表电量减去各分表电量的差值来判断是否有窃电的行为发生，再通过差值设定阈值来进行报警。但是上述技术中，电表的电量不仅包括用电量，还包括线路损耗产生的电量，那么计算的差值中由于不确定线路损耗量，故并不能够准确的分辨窃电电量，容易发生误报。此外，现有技术仅通过电表的电量进行判断，无法准确定位窃电根源，无法对针对电流操作的窃电行为进行判断。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断方法及系统，通过获取节点电流，对节点电流的谐波和波形进行分析后，判断电流是否异常，从而判断节点处是否存在窃电行为，判断结果准确，且可定位窃电位置，实现对电流进行操作的窃电行为的判断。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断方法，包括：
根据目标谐波阶数对待测用电节点的电流进行滤波，对滤波后的电流经模数转换后得到电流数字信号；
对电流数字信号进行快速傅里叶变换分析后，得到谐波阶数对应的幅值；
将电流数字信号进行数模转换后，根据电流模拟信号得到电流波形；
根据待测用电节点电流的谐波阶数对应的幅值和电流波形与参考电流的比较，得到窃电行为判断结果。
作为可选择的实施方式，对待测用电节点的电流进行滤波之前，对电流进行放大处理。
作为可选择的实施方式，预设目标谐波阶数为7，通过滤波电路滤掉7次以上频率的谐波。
作为可选择的实施方式，对待测用电节点的电流进行滤波后得到电流的1次、3次、5次和7次谐波。
作为可选择的实施方式，对待测用电节点的电流进行滤波后进行隔离保护处理。
作为可选择的实施方式，对电流数字信号进行快速傅里叶变换分析后，采用基于线性插值的频谱分析算法得到谐波阶数对应的幅值。
作为可选择的实施方式，对得到的谐波阶数幅值和电流波形进行双显示。
第二方面，本发明提供一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断系统，包括：
电流调理模块，被配置为根据目标谐波阶数对待测用电节点的电流进行滤波，对滤波后的电流经模数转换后得到电流数字信号；
谐波处理模块，被配置为对电流数字信号进行快速傅里叶变换分析后，得到谐波阶数对应的幅值；
波形处理模块，被配置为将电流数字信号进行数模转换后，根据电流模拟信号得到电流波形；
窃电判断模块，被配置为根据待测用电节点电流的谐波阶数对应的幅值和电流波形与参考电流的比较，得到窃电行为判断结果。
第三方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成第一方面所述的方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成第一方面所述的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
由于电流采样电路处于电流互感器二次侧，获取的电流较小，因此本发明首先对采集的电流模拟信号进行放大处理，避免因电流过小在传输过程中产生较大误差。
本发明通过电流波形和谐波含量判断是否发生窃电行为，因为本发明关注的是直流分量以及1次、3次、5次和7次谐波，故通过滤波电路滤掉7次以上频率的谐波，减小FFT的计算量。
本发明为了避免在电流传输过程中受外界干扰的问题，对采样及数据传输过程中进行隔离保护。
本发明对获取的待测用电节点的电流采用滤波电路过滤高次谐波，在FFT的分解表达式上只有0、1、3、5、7五项，根据谐波次数的降低对FFT的计算过程进行简化，减小计算量，提高判断效率。
本发明通过检测电流的谐波和波形，可以直观且便捷的得出电流中存在的问题，有利于对串入其他信号的窃电的检测与排查。
本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例1提供的基于电流谐波和波形显示的窃电行为判断方法流程图；
图2为本发明实施例1提供的谐波和波形的双显示示意图。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种基于电流谐波和波形显示的窃电行为判断方法，通过获取待测用电节点的电流，有效展示待测用电节点电流的谐波和波形，同时根据待测用电节点电流的显示结果与正常电流显示结果的比较，判断是否发生对电流进行操作的窃电行为；具体包括如下步骤：
S1：根据目标谐波阶数对待测用电节点的电流进行滤波，对滤波后的电流经模数转换后得到电流数字信号；
S2：对电流数字信号进行快速傅里叶变换分析后，得到谐波阶数对应的幅值；
S3：将电流数字信号进行数模转换后，根据电流模拟信号得到电流波形；
S4：根据待测用电节点电流的谐波阶数对应的幅值和电流波形与参考电流的比较，得到窃电行为判断结果。
在步骤S1中，在待测用电节点上，采用电流钳表采集电流，电流钳表由电流互感器和电流表组合而成，在采集时，穿过铁心的被测电路导线为电流互感器的一次线圈，那么被测电路导线中通过电流时，在二次线圈中即可感应出电流，从而使二次线圈相连接的电流表便有指示，即测出被测线路的电流。
在步骤S1中，获取待测用电节点的电流为电流模拟信号，对电流模拟信号经预处理后，进行模数转换得到电流数字信号；
具体地，所述预处理包括：放大、滤波、隔离、保护；
其中，因采样电路处于电流互感器二次侧，所产生的电流较小，因此本实施例对电流模拟信号首先进行放大处理，避免因电流过小导致的在传输过程中产生较大误差的问题。
本实施例的目的是通过电流波形和谐波含量判断用电节点上是否存在窃电行为，那么，本实施例关注的是直流分量以及电流的1次、3次、5次和7次谐波，因此预设目标谐波阶数为7，通过滤波电路滤掉7次以上频率的谐波，以减小FFT的计算量。
在本实施例中，后续需要将电流模拟信号转换成数字信号后传输给DSP芯片中进行分析，那么由于不处于同一回路中，本实施例对电流的采样及数据传输过程进行隔离保护，以削弱外界干扰。
在本实施例中，检测到的电流的最大量程可达500V/400A。
在步骤S1中，将采集到的电流模拟信号经过放大、滤波、隔离、保护等预处理后，采用A/D转换器将电流模拟信号转换为电流数字信号。
在步骤S2中，将电流数字信号传输到DSP芯片中对其进行FFT分析；
具体地，本实施例采用LFFT，即基于线性插值原理的高精度频谱分析算法，LFFT法可完全利用现有任意版本的FFT计算程序，只是在FFT计算结束后，根据LFFT进行简单的修正后，即可快速计算谐波阶数对应的振幅Ak；
与常规FFT法相比，本实施例采用的LFFT法所增加的计算量极小，且能大幅度提高计算精度。
在步骤S1中对获取的待测用电节点的电流采用滤波电路过滤高次谐波，因此FFT的分解表达式上只有0、1、3、5、7五项，所以可以根据谐波次数的降低对FFT的计算过程进行简化，减小计算量，提高判断效率。
在步骤S3中，将在DSP芯片中经FFT分析后的电流数字信号通过ARM处理器输入至谐波与波形显示单元中，以产生谐波与波形图像；
具体地，首先通过内嵌的D/A转换器将电流数字信号转换为电流模拟信号，然后根据电流模拟信号控制显示屏进行波形显示，并根据得到的多次谐波对应的幅值进行谐波显示，如图2所示。
在本实施例中，采样的电流信号是离散值，最后显示连续的谐波和波形图像，将所采集到的电流数据以谐波和波形的形式简单直接地展示出来。
在本实施例中，通过ARM处理器在DSP芯片和谐波与波形显示单元中进行数据交互并完成控制与通信。
在步骤S4中，根据待测用电节点的电流谐波和波形图像，将其与正常电流的谐波和波形图像进行对比，可以判断当前检测的电流波形是否是正常电流的正弦波波形，并且根据比较结果完成对窃电行为的判断，直观且便捷的得出电流中存在的问题，有利于对串入其他信号的窃电行为的检测与排查。
本实施例以DSP芯片为基础，将采集到的电流数据加以FFT分析，通过谐波显示和波形显示单元，将采集到的电流数据以波形的形式进行展示，可以有效的为工作人员提供当前电流的实时情况，有效地防范各种对电流进行操作的窃电行为。
实施例2
本实施例提供一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断系统，包括：
电流调理模块，被配置为根据目标谐波阶数对待测用电节点的电流进行滤波，对滤波后的电流经模数转换后得到电流数字信号；
谐波处理模块，被配置为对电流数字信号进行快速傅里叶变换分析后，得到谐波阶数对应的幅值；
波形处理模块，被配置为将电流数字信号进行数模转换后，根据电流模拟信号得到电流波形；
窃电判断模块，被配置为根据待测用电节点电流的谐波阶数对应的幅值和电流波形与参考电流的比较，得到窃电行为判断结果。
此处需要说明的是，上述模块对应于实施例1中所述的步骤，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例1所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为系统的一部分可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。
在更多实施例中，还提供：
一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1中所述的方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1中所述的方法。
实施例1中的方法可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断方法，其特征在于，包括：
根据目标谐波阶数对待测用电节点的电流进行滤波，对滤波后的电流经模数转换后得到电流数字信号；
对电流数字信号进行快速傅里叶变换分析后，得到谐波阶数对应的幅值；
将电流数字信号进行数模转换后，根据电流模拟信号得到电流波形；
根据待测用电节点电流的谐波阶数对应的幅值和电流波形与参考电流的比较，得到窃电行为判断结果。
2.如权利要求1所述的一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断方法，其特征在于，对待测用电节点的电流进行滤波之前，对电流进行放大处理。
3.如权利要求1所述的一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断方法，其特征在于，预设目标谐波阶数为7，通过滤波电路滤掉7次以上频率的谐波。
4.如权利要求1所述的一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断方法，其特征在于，对待测用电节点的电流进行滤波后得到电流的1次、3次、5次和7次谐波。
5.如权利要求1所述的一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断方法，其特征在于，对待测用电节点的电流进行滤波后进行隔离保护处理。
6.如权利要求1所述的一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断方法，其特征在于，对电流数字信号进行快速傅里叶变换分析后，采用基于线性插值的频谱分析算法得到谐波阶数对应的幅值。
7.如权利要求1所述的一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断方法，其特征在于，对得到的谐波阶数幅值和电流波形进行双显示。
8.一种基于电流谐波和波形的窃电行为判断系统，其特征在于，包括：
电流调理模块，被配置为根据目标谐波阶数对待测用电节点的电流进行滤波，对滤波后的电流经模数转换后得到电流数字信号；
谐波处理模块，被配置为对电流数字信号进行快速傅里叶变换分析后，得到谐波阶数对应的幅值；
波形处理模块，被配置为将电流数字信号进行数模转换后，根据电流模拟信号得到电流波形；
窃电判断模块，被配置为根据待测用电节点电流的谐波阶数对应的幅值和电流波形与参考电流的比较，得到窃电行为判断结果。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成权利要求1-7任一项所述的方法。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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